【正文】 中國(guó)最大的管理資源中心 1 前 言 園藝設(shè)施學(xué)是一門涉及到園藝學(xué)和環(huán)境調(diào)節(jié)學(xué)、機(jī)械和建筑學(xué)的跨學(xué)科領(lǐng)域的學(xué)科。它主要包括園藝所用的設(shè)施，裝置和環(huán)境調(diào)控等方面的內(nèi)容，是設(shè)施園藝學(xué)的一個(gè)分支，是園藝學(xué)科學(xué)生和研究者選學(xué)的一門重要課程。 我國(guó)農(nóng)業(yè)院校已開設(shè)了設(shè)施園藝學(xué)課程。但其中對(duì)園藝作物的設(shè)施栽培技術(shù)方面作了詳細(xì)論述，而園藝設(shè)施的設(shè)計(jì)、施工、裝置及環(huán)境調(diào)控方面內(nèi)容較少，其深度和廣度不夠。本教材就是為了深化和完善設(shè)施部分而寫的。其目的就是讓學(xué)生和研究者掌握?qǐng)@藝設(shè)施的設(shè)計(jì)原理、了解各種裝置性能及使用、掌握環(huán)境學(xué)的有關(guān)知識(shí)、學(xué)會(huì)環(huán)境調(diào) 控的實(shí)用技術(shù)。 本教材主要有四個(gè)方面的內(nèi)容。一是園藝工程設(shè)施，如溫室、塑料棚、無土栽培設(shè)施等的設(shè)計(jì)和施工；二是環(huán)境調(diào)節(jié)控制設(shè)備，如溫室內(nèi)采暖、降溫、通風(fēng)、灌水、配電、照明、二氧化碳?xì)怏w施肥設(shè)備的設(shè)計(jì)、安裝調(diào)試以及使用技術(shù)；三是環(huán)境監(jiān)視、信息傳遞設(shè)備，光、溫、濕、氣的監(jiān)測(cè)儀器和自動(dòng)控制等配套使用技術(shù)；四是材料和能源開發(fā)與利用技術(shù)。由 8章組成。第一章是敘述設(shè)施園藝的發(fā)展現(xiàn)狀與技術(shù)變革。第二 ~三章是溫室大棚設(shè)施的規(guī)劃與設(shè)計(jì)。第四章是環(huán)境調(diào)控設(shè)備的設(shè)計(jì)與裝置。第五章是建筑施工的識(shí)圖知識(shí)。第六章是建材和覆蓋材 料的種類和特性。第七章是介紹無土栽培的裝置和利用情況。第八章是今后極為重視的自然能源利用。以上內(nèi)容是結(jié)合了國(guó)內(nèi)外設(shè)施園藝發(fā)展情況和技術(shù)，參考了多種書籍，大量資料后編寫的。當(dāng)然，僅一本教材并不能包括所有內(nèi)容，希望在學(xué)習(xí)當(dāng)中，參閱其他有關(guān)資料，加以理解和掌握。 本教材由西北農(nóng)林科技大學(xué)鄒志榮、張新平、國(guó)培光、林性粹、高樹賢、王宏麗、蒲亞鋒、盧博友和中國(guó)農(nóng)科院張志斌等教師編寫，各部分編寫的教師分工如下：前言、第一章、第二章、第八章由鄒志榮執(zhí)筆；第三章由鄒志榮、王宏麗執(zhí)筆；第四章由張新平、國(guó)培光、林性粹、盧 博友、鄒志榮執(zhí)筆；第五章由高樹賢執(zhí)筆；第六章、第七章由張志斌執(zhí)筆。 蒲亞鋒負(fù)責(zé)第二、第三、第七、第八章各章插圖制作。 20xx 年 10 第一章 設(shè)施園藝的發(fā)展現(xiàn)狀與技術(shù)變革 提要： 1．介紹設(shè)施園藝意義與發(fā)展 2．了解國(guó)內(nèi)外設(shè)施園藝發(fā)展現(xiàn)狀 中國(guó)最大的管理資源中心 2 3．展望設(shè)施園藝技術(shù)的發(fā)展方向 第一節(jié) 設(shè)施 園藝的意義及發(fā)展 我們把在溫室和大棚等保護(hù)設(shè)施里，利用室內(nèi)外配備的各種設(shè)備調(diào)節(jié)環(huán)境條件和栽培土 從最簡(jiǎn)易的陽畦、風(fēng)障到大型的溫室和植物工廠，設(shè)施結(jié)構(gòu)種類繁多，形形色色。從幾毫米厚的薄膜到大型鍋爐、加溫、照明、灌溉設(shè)備機(jī)器，包括著成百上千種材料和類型。我們就是把它們合理的利用起來，進(jìn)行園藝作物生產(chǎn)，概括起來就是設(shè)施園藝生產(chǎn)。 一、設(shè)施園藝在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的意義 人類也同其他動(dòng)物一樣為了生存就要采集，獵取和獲得糧食，也屬于自然生態(tài)系中的一員。從刀耕火種的 農(nóng)業(yè)出現(xiàn)，人類開始脫離自然生態(tài)系，從自然制約中沖破出來，開始了改造自然，掌握自然的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。隨后逐步發(fā)展到有畜農(nóng)業(yè)和機(jī)械農(nóng)業(yè)，使糧食生產(chǎn)飛躍般的大增產(chǎn)。這些農(nóng)業(yè)技術(shù)變革的特征就是向耕地投入的能量形態(tài)不同，是投入更多的能量技術(shù)的開發(fā)過程。只有大量向耕地投入能量，才會(huì)使耕地更進(jìn)一步從自然生態(tài)系統(tǒng)中解脫出來， 表 1－ 1－ 1 表示了農(nóng)耕方式和能量投入量的關(guān)系。事實(shí)表明人類要想得到更多的糧食， 表 1－ 1－ 1 各種農(nóng)業(yè)耕種形式的能源效率 農(nóng)業(yè)耕種形式 能源 (KCal/m2) 能量效率 投入能量 獲得能量 狩錯(cuò)采集時(shí)代 10－ 7 亞馬孫河 刀耕火種時(shí)代 10－ 7 烏干達(dá) 有畜農(nóng)耕時(shí)代 10－ 4 印 度 機(jī)械化農(nóng)耕時(shí)代 10－ 4 日 本 * 年間日射量以 106KCal/m2計(jì)算 (odwn :Euergitics of world food 善兵整 理， 1975年收集于 21 世紀(jì)的糧食，農(nóng)業(yè)書中 ) 設(shè)施農(nóng)業(yè)耕種就是一種具有新能源形態(tài)的農(nóng)業(yè)耕種形式。它是在人為的設(shè)備條件下，調(diào)節(jié)土地和大氣的環(huán)境條件栽培作物，無疑向耕地投入了較大的能量，必然帶來高的生產(chǎn)能力。正如日本的著名專家矢吹所指出的那樣：“到現(xiàn)在為止的農(nóng)業(yè)技術(shù)方向是圍繞適宜作物為中心，環(huán)境調(diào)節(jié)的對(duì)象完全是土壤。比這個(gè)高一層水平的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的話，對(duì)大氣環(huán)境的變動(dòng)幾乎無法調(diào)節(jié)，即使有規(guī)律的氣候年變化，農(nóng)家也很困難適應(yīng)其變化，因而，今后應(yīng)該開發(fā)的 設(shè)施園藝不僅是一種 最新能源的投入形態(tài)，而且是能夠調(diào)節(jié)地上和地下部環(huán)境條件進(jìn)行生產(chǎn)的，其本質(zhì)是將農(nóng)業(yè)從自然生態(tài)中脫離出來，產(chǎn)生更高的生產(chǎn)能力。這就是設(shè)施園藝在 第一、原始階段：約 20xx 多年前，我國(guó)使用透明度高的桐油紙作覆蓋物，建造溫室。古代的羅馬是在地中挖成長(zhǎng)壕或坑，上面覆蓋透光性好的云母板，并使用銅的煙管進(jìn)行加溫， 第二、發(fā)展階段：主要是二次世界大戰(zhàn)后，玻璃溫室和塑料大棚等真正發(fā)展 起來，尤其 中國(guó)最大的管理資源中心 3 第三、飛躍階段：七十年代后，大型鋼架溫室出現(xiàn)，自動(dòng)控制室內(nèi)環(huán)境條件已成現(xiàn)實(shí)，世界各國(guó)覆蓋面積迅速增加，室內(nèi)加溫、灌水、換氣等附加設(shè)備廣泛運(yùn)用，甚至出現(xiàn)了植物工廠，完全由人類控制作物生產(chǎn)。今后將向著節(jié)能、高效率、自動(dòng)管理的方向發(fā)展。 荷蘭溫室已有 100多年歷史，目前溫室結(jié)構(gòu)及生產(chǎn)管理水平都處于世紀(jì)領(lǐng)先地位。荷蘭農(nóng)民從 19世紀(jì)末就開始把玻璃盆覆蓋在植物上用于透光和保溫，后來采用不足 高的玻璃溫箱種植作物，這是溫室農(nóng)業(yè)的最初形式。 20 世紀(jì) 50 年代初建起了木質(zhì)結(jié)構(gòu)的人字形玻璃溫室，開始了保護(hù)地規(guī)?；a(chǎn)。荷蘭溫室結(jié)構(gòu)主要選用鋁合金框架和玻璃覆蓋材料，也有少部分 PC板材溫室，溫室生產(chǎn)基本實(shí)現(xiàn)了光、溫、水、肥、氣全面自動(dòng)化控制。 我國(guó)的設(shè)施園藝雖然開始較早，但真正大面積運(yùn)用生產(chǎn)是 70 年代初開始，至 1978年，我國(guó)塑料大棚的面積已達(dá) 8 萬畝。 1982 年塑料薄膜地面覆蓋已達(dá) 31 萬畝。 20xx 年已突破20xx 萬畝。特別是“九五”期間，我國(guó)研制開發(fā)了華北型、東北型、西北型、華東型、華南型以及東南沿海等不同生態(tài)類型區(qū)和氣候條件的新型、適用的溫室及配套設(shè) 施，提高整體園藝設(shè)施水平。同時(shí)，我們又自建或引進(jìn)了一批荷蘭型溫室，日本及美國(guó)型塑料溫室，開展了工廠化育苗的技術(shù)研究，大面積采用了薄壁鍍鋅鋼管裝配骨架的塑料大棚，使我國(guó)保護(hù)地 第二節(jié) 設(shè)施園藝生產(chǎn)的現(xiàn)狀與展望 一、園藝設(shè)施面積及內(nèi)部裝備 到目前為止，世界上主要園藝設(shè)施國(guó)的溫室面積統(tǒng)計(jì)如表 1－ 2－ 1 表 1－ 2－ 1 世界各國(guó)溫室和大棚面積 國(guó) 家 面積 (公頃 ) 國(guó) 家 面積 (公頃 ) 國(guó)家 面積 (公頃 ) 中 國(guó) 1396000 比得時(shí) 20xx 日 本 100000 智 利 1600 西班牙 35000 保加利亞 1350 韓 國(guó) 220xx 德 國(guó) 1300 荷 蘭 17000 突尼斯 1100 士耳其 9800 埃 及 1000 波 蘭 6500 捷 克 800 法 國(guó) 6000 丹 麥 750 俄羅斯 6000 澳大利亞 600 匈牙利 5500 約 旦 500 阿爾及利亞 5000 南斯拉夫 500 美 國(guó) 4500 塞浦路斯 300 希 臘 4240 瑞 典 200 羅馬尼亞 3000 瑞 士 200 以色列 3000 南 非 200 哥侖比亞 2600 摩洛哥 200 葡萄牙 2500 哥斯達(dá)黎加 200 英 國(guó) 2300 加拿大 2100 合 計(jì) 1645840 從設(shè)施總面積上看，中國(guó)據(jù)世界第一，日本位于第二。但從玻璃溫室和人均溫室面積上看，荷蘭占據(jù)世界第一。從設(shè)施內(nèi)栽培的作物來看，蔬菜生產(chǎn)占到總生產(chǎn)面積的 80%左右，其中果菜類可占 90%左右，果菜中最多的是草莓、黃瓜、甜瓜、番茄、西瓜、茄子、甜椒等蔬菜，而我國(guó)西甜瓜在溫室內(nèi)生產(chǎn)較少，剩余 20%是花卉和果樹，又以花 卉為主。花卉生產(chǎn)主要是切花類、缽物類和花壇用苗類。果樹生產(chǎn)，主要栽培葡萄、桃、柑桔、梨等。 中國(guó)最大的管理資源中心 4 可從表 1－ 2－ 2 上看這一具體數(shù)據(jù)。 表 1－ 2－ 2 設(shè)施園藝作物生產(chǎn)面積 （日本、 1985 年） 蔬菜 (ha) 花卉 (ha) 果樹 (ha) 作物 面積 比率 % 作物 面積 比率 % 作物 面積 比率 % 總面積 100 5432 100 4575 100 草 莓 7929 切花類 4331 葡 萄 3239 黃 瓜 7520 柑 桔 1130 普通甜瓜 5970 缽物類 1008 梨 67 番 茄 5563 枇 杷 51 西 瓜 3400 花壇用 93 無花果 29 苗 類 桃 22 茄 子 1770 其 他 甜 椒 1500 溫室甜瓜 1270 生 菜 470 南 瓜 190 其次，我們?cè)倏匆幌略O(shè)施內(nèi)的設(shè)備。見表 1－ 2－ 3 表 1－ 2－ 3 溫室內(nèi)部裝備狀況 （日本， 1987 年） 種類 項(xiàng)目 玻璃溫室（ 100m2） 塑料溫室（ 100m2） 總面積 比率％ 總面積 比率％ 設(shè)施總面積 100 100 加溫面積 自動(dòng)灌水 裝備 CO2發(fā)生裝備 一層保溫幕 多層保溫幕 設(shè)有保溫幕 自動(dòng)天、側(cè)窗開閉 換氣窗 水耕栽培 從表 1－ 2－ 3可見，溫室內(nèi)裝 備有加溫、多層幕、換氣扇、自動(dòng)灌水、 CO2 氣體施肥以及水耕栽培設(shè)施，為自動(dòng)控制環(huán)境因子創(chuàng)造了條件。 二、國(guó)外設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì) 以荷蘭、美國(guó)、日本、法國(guó)、以色列等國(guó)家為代表，其明顯的特征是設(shè)施結(jié)構(gòu)多樣化，生產(chǎn)管理自動(dòng)化，生產(chǎn)操作機(jī)械化，生產(chǎn)方式集約化，是以現(xiàn)代工業(yè)裝備農(nóng)業(yè)，現(xiàn)代科技武裝農(nóng)業(yè)，現(xiàn)代管理經(jīng)營(yíng)農(nóng)業(yè)。 (一 )設(shè)施面積較大，發(fā)展程度不同 世界設(shè)施農(nóng)業(yè)比較發(fā)達(dá)的國(guó)家有：北美的加拿大和美國(guó)；西歐的英國(guó)、法國(guó)、荷蘭、意大利和西班牙；中東的以色列、土耳其；亞洲、大洋洲的日本、韓國(guó)、 澳大利亞等國(guó)家。據(jù) 中國(guó)最大的管理資源中心 5 不完全統(tǒng)計(jì)，世界上溫室和大棚的面積大約有 1645840公頃。其中西北歐國(guó)家由于常年天氣較冷，夏季短，氣溫不高，以玻璃溫室為主，而亞洲、南歐、北美以塑料溫室為主。 (二 )設(shè)施結(jié)構(gòu)與建筑材料多樣化 1．設(shè)施結(jié)構(gòu)的多樣化 縱觀國(guó)外設(shè)施農(nóng)業(yè)，其結(jié)構(gòu)主要有三種類型： (1)小拱棚 用支撐物托住塑料薄膜，高度在 1 米左右，兩側(cè)薄膜埋人土中，方法簡(jiǎn)便。 (2)塑料大棚 外型有篷型、屋頂型，以塑料膜為覆蓋物，內(nèi)部設(shè)施較少，主要用于春、夏、秋季生產(chǎn)。 (3)溫室 大約有 三個(gè)等級(jí)：第一，是初級(jí)溫室，指一般小型溫室，不具備調(diào)溫、通風(fēng)等設(shè)備。第二是現(xiàn)代化溫室，指聯(lián)棟大型溫室，可以實(shí)行耕種機(jī)械化，管理自動(dòng)化。第三是工廠化溫室，它是一座比較完善的工廠，其中有各種工序所需要的廠房、車間，按工序進(jìn)行流水作業(yè)，即每天按同一規(guī)格和一定數(shù)量進(jìn)行播種，育苗，促其生長(zhǎng)和收獲，它不需要土壤，作物也不一定固定生長(zhǎng)，而可以隨機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行移動(dòng)生長(zhǎng)，它的栽培是高度密集化的，操作是高度機(jī)械化的，經(jīng)營(yíng)是高度集約化的，它的生長(zhǎng)時(shí)間短，采收時(shí)間長(zhǎng)，年產(chǎn)量比露天作物高 10 倍，比現(xiàn)有的塑料大棚、普通溫室高 5 倍。 2．建筑材料的多樣化 在建筑材料上，國(guó)外溫室建筑與工業(yè)材料的發(fā)展密切相關(guān)，是隨著建筑材料發(fā)展而變化的。如美國(guó)溫室建筑大體可分為 3 個(gè)階段： 第一階段 (1950— 1969年 )當(dāng)時(shí)建筑的溫室以木結(jié)構(gòu)為主，覆蓋材料幾乎全部用玻璃，溫室的數(shù)量不少，但面積很少有超過 ，有加溫設(shè)備和自然通風(fēng)，室內(nèi)以土壤栽培為主。自動(dòng)化設(shè)備很少應(yīng)用。 第二階段 (1970— 1989年 ) 金屬骨架溫室逐步增加， 20世紀(jì) 80年代以后建的溫室，幾乎全部用鍍鋅鋼、鍍鋅管和鋁合金的屋頂，覆蓋材料除了玻璃以外，出現(xiàn)了玻 璃鋼， FRP板和雙層充氣薄膜溫室，這樣可以減輕屋架的重量，降低建筑成本。 80 年代中期，二氧化碳施肥技術(shù)、應(yīng)用計(jì)算機(jī)控制溫室環(huán)境及滴灌技術(shù)、無土栽培技術(shù)已普遍應(yīng)用，溫室降溫采用電扇強(qiáng)力通風(fēng)，用冷水墻加強(qiáng)通風(fēng)的技術(shù)也比較普及。